Hermano mayor de Duchamp Villon y de Marcel Duchamp, se instala en París en 1894, trabajando para diferentes periódicos como dibujante humorístico. Estudia en la École des Beaux Arts con Cormon y a partir de 1904 expone en el Salon d´Automne. Tras atravesar un breve periodo fauvismo, hacia 1911 se ve influenciado por el cubismo, contribuyendo a la organización de la Sección d´Or. Su obra se caracteriza por una composición prismática, heredada de Leonardo, en la que la abstracción llega de la mano de Cézanne contribuyendo esto a la pureza del dibujo y a la armonía de los colores observable en Alegría (Galería Louis Carré, París, 1932). En 1956 recibe el premio de la Bienal de Venecia, habiendo sido su obra objeto de una importante exposición organizada por Louis Carré en 1943; exposición con la que se da a conocer internacionalmente.